Швейцарські біологи з Базельського університету та Вищої технічної школи Цюріха створили бактерії, всередині яких працює штучний фермент, що не має природного аналога. Цей білок, що містить атоми металу, здатний каталізувати промислові хімічні реакції всередині живої клітини. Результати дослідження вчених опубліковані в журналі Nature.
Металлофермент, названий biot-Ru-SAV, був створений з використанням біотин-стрептавидинової технології. Цей метод заснований на високій спорідненості білка стрептавидина до вітаміну біотину. Різні сполуки, прив’язані до біотину, таким чином, можуть бути впроваджені в білок для створення штучних ферментів. У даному випадку вчені використовували металоорганічну речовину, яка містила в своїй основі рутеній.
Металоорганічні сполуки являють собою молекули, що мають, принаймні, один зв’язок між металом і атомом вуглецю. Вони часто використовуються в якості каталізаторів у промислових хімічних реакціях, однак погано функціонують в водних розчинах або в середовищах, що нагадують за своїм складом вміст біологічної клітини. Для вирішення цієї проблеми їх включають у білкові молекули.
biot-Ru-SAV каталізує метатезис олефінів — реакцію між двома алкенами, які обмінюються групами атомів, що знаходяться при подвійних зв’язках. В результаті утворюється флуоресцентна молекула.
Вчені помістили штучний фермент в периплазму кишкової палички (Escherichia coli) — простір між плазматичною і зовнішньою мембранами бактеріальних клітин (присутній тільки у грамнегативних мікроорганізмів). Середовищі периплазми набагато краще підходить для здійснення метатези олефінів, оскільки в ній містяться низькі концентрації інгібіторів металоферментів, наприклад, глутатіону.
Дослідники оптимізували biot-Ru-SAV з використанням принципів спрямованої еволюції. Вони імітували процес природного відбору, щоб отримати ферменти з поліпшеними властивостями. Для цього вчені створили тисячі варіантів металлофермента і відбирали найбільш ефективні з них. Через кілька циклів, каталітичні характеристики biot-Ru-SAV помітно покращилися.